CN212713739U - 一种边缘电场改善结构、载板单体及载板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种边缘电场改善结构、载板单体及载板，属于硅晶片表面真空镀膜技术领域。边缘电场改善结构包括在承载硅晶片的载置框的内侧壁上设置有若干凸起部。载板单体包括边缘电场改善结构以及设置于载置框下侧的载置台。载板包括若干个载板单体，载板单体在载板上呈阵列式分布。本实用新型有效的改善了镀膜过程中载板单体边缘电场的均匀性，提高了硅晶片镀膜厚度的均匀性。改善了由于镀膜厚度不同而产生的外观色差。本实用新型仅在原有的载置框的载板单体内侧壁上设置凸起部，整体改进结构简单，改进成本低。有利于大规模生产和应用。

Description

一种边缘电场改善结构、载板单体及载板

技术领域

本实用新型属于硅晶片表面真空镀膜技术领域，具体地说，涉及一种边缘电场改善结构、载板单体及载板。

背景技术

硅晶片表面真空镀膜技术广泛应用于半导体器件、集成电路、显示照明、光伏、半导体光电探测器、半导体激光器等几乎所有的半导体产品的生产制造中。如采用化学气相沉积、物理气相沉积、电子回旋共振等离子体沉积、射频溅射、直流溅射等真空镀膜设备，用于沉积非晶硅膜、多晶硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化硅膜、TCO透明导电膜等介质薄膜的生产。随着技术的不断发展，硅晶片尺寸变大、集成度变高，在镀膜时，由于边缘电场分布的不均匀性，导致较大尺寸硅晶片边缘镀膜厚度小于其他部分，为了保持硅晶片边缘镀膜的厚度及其外观的一致性，需要提高镀膜设备所使用载板的边缘电场分布的均匀性。

为了解决载板边缘电场分布的均匀性，公布号为CN103811247A中国发明专利公开了一种用于等离子体刻蚀的聚焦环及具有其的等离子体刻蚀装置。具体是一种用于等离子体刻蚀的聚焦环包括：下环、中环和上环；其中下环采用耐等离子体腐蚀的绝缘体制成，例如三氧化二铝等；中环位于下环之上，采用导体制成，例如铝等；上环位于中环之上，采用半导体或绝缘体制成，例如硅、碳化硅或石英。一种等离子体刻蚀装置包括：载片台和聚焦环。其中，载片台用于承托待刻蚀的晶圆。载片台同时作为下电极，通过隔直电容C1连接到射频源。为了防止载片台被腐蚀，通常载片台为阶梯圆柱状，其小端圆柱直径略小于晶圆的直径。聚焦环环绕设置在载片台周围，且聚焦环与晶圆不接触。通常地，由于制造公差和热膨胀的需要，晶圆外缘和聚焦环内侧之间存在宽度为c的间隙，一般c＝1mm左右。可选地，环绕载片台大端圆柱及聚焦环周围设置一个边缘环。该边缘环主要用于屏蔽载片台边缘产生的游离电场以及提高下极板、上方的等离子体均匀性。

上述方案通过增设聚焦环采用独立控制电压的方式，有着技术效能上的诸多不可取因素，无法兼顾产量和镀膜质量，且增设聚焦环的多层结构在镀膜设备所用载板，特别是石墨载板的结构上也存在着较高的成本支出。因而需要设计出一种适宜批量化生产的新型载板，以满足镀膜设备对所用载板的边缘电场均匀性需要，来提高大尺寸硅晶片镀膜时成膜均匀性。

实用新型内容

1、要解决的问题

为了解决现有镀膜设备所采用载板，由于其边缘电场不均匀性而导致硅晶片在镀膜过程中镀膜厚度不均匀，以及采用离子体刻蚀的聚焦环成本高，难以量产的问题。本实用新型提供了一种边缘电场改善结构、载板单体及载板。通过在载置框内侧壁设置若干凸起部，改善载板边缘电场的均匀度，从而改善镀膜过程中镀膜厚度的不均匀性。

2、技术方案

本实用新型为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种边缘电场改善结构，包括在承载硅晶片的载置框的内侧壁上设置有若干凸起部。

优选的，所述的凸起部为长条形结构，各凸起部相互平行设置。

优选的，所述的凸起部沿内侧壁水平方向设置，或者沿内侧壁竖直方向设置，或者倾斜内侧壁水平方向设置。

优选的，所述的凸起部沿内侧壁呈点状阵列式排布。

优选的，所述凸起部的横截面形状包括但不限于圆弧面、等腰梯形。

优选的，所述圆弧面的弧度小于或等于180°。

优选的，所述凸起部的横截面形状包括但不限于圆弧面、等腰梯形；

优选的，所述圆弧面的弧度小于或等于180°。

优选的，所述硅晶片侧边距离载置框内侧壁的距离为D1；所述凸起部顶端距离内侧壁的值为H1；其中D1≥2×H1。

优选的，所述凸起部与内侧壁接触面的宽度或直径为D2，D1≥(1～1.5)*D2。

优选的，所述内侧壁与载置框的上顶面之间设置有圆弧倒角。

一种载板单体，包括上述任一项的边缘电场改善结构。

优选的，所述的载置框下侧设置有载置台，该载置台用于承载硅晶片，该载置台与载置框为一体式或分体式结构。

一种载板，包括若干个上述的载板单体，所述载板单体在载板上呈阵列式分布。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型通过在载置框内侧壁上设置凸起，有效的改善了载置框、载板镀膜过程中其边缘电场的均匀性，提高了硅晶片镀膜厚度的均匀性。

(2)本实用新型通过提高硅晶片镀膜厚度的均匀性，改善了由于硅晶片镀膜厚度相差较大而导致的镀膜后硅晶片外观的不一致性，即减小了硅晶片镀膜后由于镀膜厚度不同而产生的外观色差。

(3)本实用新型对原有的载置框、载板没有做任何结构上的改变，仅在原有的载置框内侧壁上设置凸起部，整体改进结构简单，改进成本底，有利于大规模生产和应用。

(4)本实用新型改善边缘电场均匀度的凸起部的结构简单，有利于生产和制造。

(5)本实用新型平行设置的长条状或点状阵列式排布的凸起部能够提高边缘电场均匀度的同时还能够提高其边缘电场的稳定性。

(6)本实用新型对硅晶片边缘距离载置框内侧壁的距离以及凸起部的高度和宽度进行限制，进一步提高了边缘电场的均匀性。

附图说明

图1为本实用新型载板的结构示意图；

图2为本实用新型载板上A部位载板单体的结构放大图；

图3为本实用新型载板单体上C-C方向的截面示意图；

图4为本实用新型图3所示载板单体B部分的局部放大图；

图5为本实用新型图4中凸起部的侧视图；

图6中的(A)-(D)为本实用新型中4种凸起部横截面示意图；

图7为本实用新型中凸起部位竖条凸起是载板单体C-C方向的截面示意图；

图8为本实用新型图7中凸起部侧视图；

图9为本实用新型图7中凸起部俯视图；

图10为本实用新型实施例凸起部为点状阵列排布时载板单体C-C方向的局部截面示意图；

图11为本实用新型图10中凸起部侧视图；

附图中的标号说明：

1、载板单体；11、载置框；111、上顶面；112、内侧壁；12、载置台；2、凸起部；211、横条凸起；212竖条凸起；22点状圆弧凸起；3、硅晶片；4、圆滑倒角；5、加强筋。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

如图1、图2和图3所示，本实用新型提供一种边缘电场改善结构，在承载硅晶片3的载置框11的内侧壁112上设置有若干凸起部2，所述若干凸起部2的数量可以是一个，也可以是多个；本实施例中，设置凸起部2的数量为N个，其中N≥1。所述凸起部2改变了内侧壁112的平滑结构，根据导电材料尖端放电原理，若干凸起部2会改变电场线在原载置框 11的内侧壁112的分布方式，改变成电场线在若干凸起部2的顶端集中，达到改善等离子放电镀膜工艺时，载置框11边缘电场与载置框11中心区域电场的均匀性的效果，从而改善硅晶片3镀膜厚度的均匀性。

本实施例中硅晶片3和载置框11的外形不受限制，如果硅晶片3是圆形，则载置框11 是围绕在硅晶片3外围的圆环形；若硅晶片3为四边形，则载置框11是围绕在硅晶片3周围的四边形；若硅晶片3为其他形状，则载置框11根据硅晶片3的形状进行调整，设置在硅晶片3的周围。

若载置框11是圆环形，则载置框11的内侧壁112是圆环形面，若干个凸起部2设置于载置框11的内侧壁112的圆环形面上；若载置框11为四边形，则载置框11的内侧壁有四个面，可以在其中一个面、两个面、三个面或者四个面上设置若干凸起部2。

实施例2

如图3、图5和图8所示，本实施例和实施例1基本相同，在实施例1的基础上，设置于载置框11内侧壁112上的凸起部2为长条形结构，所述若干凸起部2相互平行设置。相互平行设置的凸起部2能够让电场线分布更加均匀，从而达到更好的镀膜厚度的均匀性。平行设置的若干凸起部2还能够方便边缘电场改善结构的设计和加工，提高边缘电场改善机构的生产制造效率的同时可以降低其生产制造的成本。

实施例3

如图3～5、图7～9所示，本实施例中，凸起部2是沿内侧壁112水平方向设置横条凸起 211，或凸起部2是沿内侧壁112竖直方向设置竖条凸起212，或倾斜于内侧壁112水平方向设置的其他长条形结构。

如载置框11为圆环形，则凸起部2为设置于圆环形载置框11内侧壁112上相互平行的圆环或者圆弧，也可以是设置于圆环形内侧壁112上与圆环形载置框11轴向相互平行的长条形结构。若载置框11为四边形或其他形状，则载置框11具有多个内侧壁112，本实施例中以载置框11为四边形为例，在载置框11的一个或者多个内侧壁11的水平方向上设置若干相互平行的凸起部2；或者是沿内侧壁112竖直方向上设置的若干相互平行的凸起部2；也可以是倾斜于内侧壁112水平方向上设置的若干相互平行的凸起部2。

实施例4

如图3和图11所示，本实施例中凸起部2沿载置框11内侧壁112上呈点状阵列式排布。所述凸起部2可以是点状圆弧凸起22，点状阵列式排布的凸起部2相对于载置框11内侧壁 112能够形成更多凸起点，点状阵列式排布的凸起部2可以是等间距的阵列式分布，也可以是非等间距的阵列式分布，本实施例中优选的为等间距的阵列式均匀分布，均匀分布的凸起部2能够引导电场线更加均匀分布，进一步改善边缘电场的均匀性。

实施例5

如图6所示，本实施例中所述凸起部2在远离载置框11内侧壁112方向上的处置面上的截面面积逐渐缩小，在所述凸起部2在顶端形成顶面，若干个凸起部2的顶面形成尖端放电效应。从而改变边缘电场的均匀性。本实施例中优选的所述凸起部2在垂直于其长度方向上的截面形状为圆弧面、等腰梯形、或者凸台形。若凸起部2的横截面形状为等腰梯形，则凸起部2位圆台形状，在圆台的上底面与侧面之间还可以设置圆弧倒角4，即其横截面为在上底设置圆弧倒角的等腰梯形。圆弧面、设置圆弧倒角4的等腰梯形、凸台形都可以让凸起部 2的顶端形成圆滑过渡面，圆滑过渡面可以防止由于凸起部2顶端过于尖锐而导致的电场线过于集中，能够进一步改善整体上边缘电场的均匀性。

实施例6

如图3、图7和图10所示，本实施例中凸起部2所形成的圆弧面的弧度小于或等于180°，这样的设置可以让凸起部2靠近载置框11的内侧壁112之间形成夹角大于或等于90°，减少载置框11的内侧壁112对电场线的影响。

实施例7

如图4和图7-10所示，本实施例与以上实施例基本相同，优选的，所述硅晶片3侧边距离载置框11的内侧壁112的距离为D1；所述凸起部2在垂直于内侧壁112的方向上的最远点距离内侧壁112的距离为H1，即所述凸起部2的顶端距离内侧壁112的距离为H1。其中 D1≥2×H1，这样设置的好处在于防止硅晶片3的边缘距离凸起部2的顶端过近，影响边缘电场线的均匀度。本实施例中优选的H1的值为1～4mm。

在本实施例中还可以进一步对凸起部2的宽度进行限制，具体的设置中，如果凸起部2 位长条形设置结果的圆弧凸起，则其与内侧壁112接触面为长方形，其长方形较短一条边的宽度值为D2，即所述凸起部2与内侧壁112接触面的宽度为D2；若凸起部2为点状阵列排布，则其与内侧壁112接触面为圆形面，其圆形面的直径为D2。其中D1≥(1～1.5)×D2， D2优选的数值范围是0.1～6mm，此种设置可以避免在凸起部2的顶端的圆弧线过于平整降低了凸起部2顶端的尖端放电效应，从而降低凸起部2对边缘电场均匀度的改善效果。

实施例8

图如1、图2和图3所示，本实施例与以上实施例基本相同，所述载置框11的内侧壁112 与所述载置框11的顶面111之间设置有圆弧倒角4，所述圆弧倒角4可以在内侧壁112与顶面111交界处形成圆滑过渡面，防止两个平面直接相交，直接相交的两个平面会在交界处形成棱角，棱角会形成尖端放电效应，从而影响边缘电场的均匀度。

实施例9

本实施例提供了一种载板单体，包括上述的实施例1～9中的任意一项所述的边缘电场改善结构。更进一步的，在载置框11的下侧设置有载置台12，该载置台12用于承载硅晶片3，该载置台12与载置框11为一体式或分体式结构。载置台12的外侧面与载置框11的外侧面齐平，载置台12顶面的宽度大于载置框11上顶面112的宽度。

实施例10

本实施例提供了一种载板，包括上实施例9所述的载板单体1，所述载板单体1在载板上呈阵列式分布。为了提高载板的强度，还可在载板中件部分设置加强筋5。本实施所提供载板，能够提高其载置框11附近边缘电场分布的均匀度，由于边缘电场分布均度提高，在对硅晶片 3镀膜时，可以减小硅晶片3边缘处镀膜的厚度与中间部分镀膜厚度的差值。以镀膜厚度要求70～80nm为例，未采用本方案硅晶片3其边缘镀膜或厚度要比中间部分薄6～15nm，采用本方案的硅晶片3在镀膜时，其边缘部分镀膜厚度与中间部分镀膜厚度差值缩小到2～4nm。同时，硅晶片3表面镀膜厚度差值的缩小提高了硅晶片3镀膜后其整体外观颜色的一致性。

Claims (16)

1.一种边缘电场改善结构，包括承载硅晶片(3)的载置框(11)，其特征在于：在所述载置框(11)的内侧壁(112)上设置有凸起部(2)，所述凸起部(2)的数量为1个或者多个。

2.根据权利要求1所述的边缘电场改善结构，其特征在于：所述的凸起部(2)为长条形结构，各凸起部(2)相互平行设置。

3.根据权利要求1所述的边缘电场改善结构，其特征在于：所述的凸起部(2)沿内侧壁(112)水平方向设置，或者沿内侧壁(112)竖直方向设置，或者倾斜内侧壁(112)水平方向设置。

4.根据权利要求2所述的边缘电场改善结构，其特征在于：所述的凸起部(2)沿内侧壁(112)水平方向设置，或者沿内侧壁(112)竖直方向设置，或者倾斜内侧壁(112)水平方向设置。

5.根据权利要求1所述的边缘电场改善结构，其特征在于：所述的凸起部(2)沿内侧壁(112)呈点状阵列式排布。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的边缘电场改善结构，其特征在于：所述凸起部(2)的横截面形状包括圆弧面、等腰梯形。

7.根据权利要求6所述的边缘电场改善结构，其特征在于：所述圆弧面的弧度小于或等于180°。

8.根据权利要求1～5任意一项所述的边缘电场改善结构，其特征在于：所述硅晶片(3)侧边距离载置框(11)内侧壁(112)的距离为D1；所述凸起部(2)顶端距离内侧壁(112)的值为H1；其中D1≥2×H1。

9.根据权利要求8所述的边缘电场改善结构，其特征在于：所述凸起部(2)与内侧壁(112)接触面的宽度或直径为D2，D1≥(1～1.5)×D2。

10.根据权利要求7所述的边缘电场改善结构，其特征在于：所述硅晶片(3)侧边距离载置框(11)内侧壁(112)的距离为D1；所述凸起部(2)顶端距离内侧壁(112)的值为H1；其中D1≥2×H1。

11.根据权利要求10所述的边缘电场改善结构，其特征在于：所述凸起部(2)与内侧壁(112)接触面的宽度或直径为D2，D1≥(1～1.5)×D2。

12.根据权利要求9所述的边缘电场改善结构，其特征在于：所述内侧壁(112)与载置框(11)的上顶面(111)之间设置有圆弧倒角(4)。

13.根据权利要求11所述的边缘电场改善结构，其特征在于：所述内侧壁(112)与载置框(11)的上顶面(111)之间设置有圆弧倒角(4)。

14.一种载板单体，其特征在于：包括权利要求1～13任一项所述的边缘电场改善结构。

15.根据权利要求14所述的载板单体，其特征在于：所述的载置框(11)下侧设置有载置台(12)，该载置台(12)用于承载硅晶片(3)，该载置台(12)与载置框(11)为一体式或分体式结构。

16.一种载板，其特征在于：包括若干个如权利要求14或15所述的载板单体，所述载板单体(1)在载板上呈阵列式分布。

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